氧化鋁成分對(duì)電解生產(chǎn)的影響

氧化鋁成分對(duì)電解生產(chǎn)的影響國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)將要走“以提高資源的利用率，依靠科技促進(jìn)發(fā)展”的經(jīng)濟(jì)路線。而鋁電解是高能耗企業(yè)，電解槽是該類企業(yè)中最大的能耗設(shè)備，降低噸鋁直流電耗是節(jié)能有效途徑。影響噸鋁電耗的主要因素從噸鋁直流電耗的計(jì)算公式（直流電耗=2980x平均電壓一電流效率）可以看出：降低平均電壓與提高電流效率是降低噸鋁直流電耗的關(guān)鍵。氧化鋁中微量元素過高，必然會(huì)導(dǎo)致電解槽電解溫度大幅度下降，爐膛規(guī)整度惡化，電流效率降低，槽底就會(huì)被氧化鋁沉淀所覆蓋，造成陽極消耗不均勻，破壞了電解槽工藝制度，降低了電流效率，增高能耗。因此想要降低電解槽平均電壓與提高電流效率，必須控制好原材料氧化鋁質(zhì)量。1氧化鋁品質(zhì)對(duì)電解生產(chǎn)的影響1.1物理性質(zhì)氧化鋁的物理性能要滿足下列生產(chǎn)要求：在電解質(zhì)中溶解速度快、槽底沉淀少；流動(dòng)性好，便于風(fēng)動(dòng)輸送和向電解槽自動(dòng)添加；在加料和輸送過程中飛揚(yáng)損失少，能降低氧化鋁單耗，改善環(huán)境；對(duì)氟化氫吸附能力強(qiáng)，能提高干法煙氣凈化效果；保溫性能好，能在電解質(zhì)上形成良好結(jié)殼，屏蔽電解質(zhì)熔體，減少熱損失；有效防護(hù)陽極氧化，減少陽極消耗［1］。氧化鋁的流動(dòng)性、粉塵量、保溫能力，在冰晶石熔體中的溶解速度和吸附氟化氫的能力等物理性質(zhì)，主要取決于氧化鋁晶體的晶型、粒度和幾何形狀。氧化鋁具體物理性能指標(biāo)要求見表1。?糜勻i粒3-度粒角息宀丸O4-52?糜勻i粒3-度粒角息宀丸O4-52%9.〕￡屮A多￡過塵淀沉易ma--、--1-1.2化學(xué)純度化學(xué)純度方面，要求氧化鋁中雜質(zhì)含量和水分要低。因?yàn)檠趸X中那些電位正于鋁的元素的氧化物，如SiO2、Fe2O3、TiO2等，在電解過程中會(huì)被鋁還原，或者優(yōu)先于鋁離子在陰極析出，析出的Si、Fe、Ti進(jìn)入鋁內(nèi)，降低鋁的品位；而那些電位負(fù)于鋁元素的氧化物，如Na2O、CaO會(huì)分解冰晶石，使電解質(zhì)成分改變，并增加氟化鹽消耗。氧化鋁中的水分同樣會(huì)分解冰晶石，一是引起氟化鹽消耗，二是增加鋁中的氫含量，三是產(chǎn)生氟化氫氣體污染環(huán)境。P2O5則會(huì)影響電流效率。因此，生產(chǎn)中必須盡可能地降低氧化鋁中的雜質(zhì)含量。2氧化鋁中微量元素對(duì)電解生產(chǎn)的影響鋁電解質(zhì)中微量元素鋰、鉀、鈣、鎂等的含量對(duì)電解生產(chǎn)影響很大。氧化鋁中的微量元素對(duì)我公司生產(chǎn)影響主要是鋰、鉀等元素，具體影響見表2。

表2Li,心Ca.Mg、Ti>Y對(duì)生產(chǎn)的影響*「元素J密度門耳、電度莊度€表面性質(zhì)心揮發(fā)怪氧化鋁滾解度衛(wèi)論潯加說的LIF降低初晶溫虜小存提咼盧”卜盧影響很小中降低卩降低氧優(yōu)鋁的濬：録度和瀋解速度屮分子比驅(qū).時(shí),KF含SB題降低2?心心.降:對(duì)踐塊有侵蝕』但10%以下鉀鹽對(duì)槽壽命影響不天一：中資料顯示』可以増加氧優(yōu)鋁濬解性能。中C卻?添扣諷的c%辺最逼農(nóng)3匕.*J-護(hù)増大口増大心増犬鋁液界面張力和碳素材料猊羽角。口降■（氐心減小氧化鋁溶解度?？鬯僬铡?A1A轉(zhuǎn)優(yōu)，利于形成槽幫?？偺砑?毗的血F■“腔低初晶溫度増.大尸減；?憐増大F-増大鋁液界面赍力和碳素材耗泯潤角卩隆減小氧化鋁的澹解度相君解遠(yuǎn)度打其它巧、隊(duì)：砧等話在陰極祈出卜使原鋁爲(wèi)量下降，降低金屬導(dǎo)電性、號(hào)熱性、耐腐鋰性準(zhǔn)川2.1使用高鋰氧化鋁給電解生產(chǎn)造成的影響2.1.1降低電解質(zhì)熔點(diǎn)LiF每升高1%降低初晶溫度7?9°C,iF含量在1%?8%,電解質(zhì)熔點(diǎn)差別可高達(dá)40?60°C[2],造成電解溫度差別巨大（900?960°C）。LiF、KF添加對(duì)電解溫度影響（如圖1）。圖1LiF、KF添加對(duì)電解溫度的影響屮2.1.2降低電解質(zhì)中氧化鋁溶解性能1%的LiF能降低電解質(zhì)中氧化鋁溶解度約3%左右，降低氧化鋁溶解速度約5%左右，這和電解質(zhì)成分及氧化鋁類型有密切關(guān)系。2.1.3對(duì)電流效率的影響氟化鋰含量越高，槽底就會(huì)被氧化鋁沉淀所覆蓋，造成陽極消耗不均勻，破壞了電解槽工藝制度，降低了電流效率，增高能耗，氟化鋰超過7%電解質(zhì)凝固點(diǎn)很低，對(duì)電解槽的熱平衡起到不利影響。氟化鋰含量在8%?10%的電解質(zhì)，會(huì)造成經(jīng)濟(jì)指標(biāo)極端惡化。氟化鋰含量為3%?5%的電解質(zhì)，能獲得最佳電流效率和最低能耗。2.1.4對(duì)氟化鹽消耗的影響高鋰電解質(zhì)降低過剩氟化鋁量效果明顯，通常1%的LiF減少過剩氟化鋁量為2.1%。2.1.5對(duì)槽壽命的影響在電解槽的內(nèi)襯中，較小的鋰離子能替代較大的鈉離子，所以能減少內(nèi)襯的應(yīng)力，延長槽壽命，一般認(rèn)為可延長1?2年。2.1.6對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量與鑄造的影響原鋁中一般含有10?30ppm的金屬鋰，鋁錠中鋰超過2ppm以上，鋁液流動(dòng)變粘滯，鑄造困難，鑄造過程可能出現(xiàn)斷流現(xiàn)象，甚至?xí)枞麧沧⒖?。鋰含量超過10ppm，板錠、拉絲或其他鑄造件表面將變得非常粗糙，鋁材脆性增加。2.2使用國產(chǎn)氧化鋁中的微量元素對(duì)生產(chǎn)的影響目前國內(nèi)尤其是河南境內(nèi)使用國產(chǎn)氧化鋁比例普遍偏高，其氟化鋰含量有的已超出3?5%范圍，給電解生產(chǎn)帶來負(fù)面影響，主要表現(xiàn)在：（1）電解溫度大幅度降低；（2） 造成爐膛規(guī)整度惡化，主要表現(xiàn)在爐底沉淀增加，爐幫變薄，液體電解質(zhì)總量增多（3） 電解生產(chǎn)穩(wěn)定性降低，電壓升高，電壓擺動(dòng)增加，部分電解槽出現(xiàn)滾鋁；（4） 電流效率降低、能耗增高。爐膛惡化，極距降低且與理論值差別大，過熱度增大等，導(dǎo)致能耗與電效指標(biāo)惡化。

表3國產(chǎn)氧化鋁和進(jìn)口氧化鋁差距d指標(biāo)類別卩國產(chǎn)氧化鋁屮進(jìn)口氧化鋁口差距J氧化鋁形狀衛(wèi): 粉狀細(xì)料多屮「 砂狀細(xì)料少盧K含量％衛(wèi)0.036^0.0014^+0.0346^.Ca含量和0.027P <+0.02L1含童畑10；05抑0；OCLCIE+0.?5碑3雜質(zhì)含重卩大㈠小訂初鳳動(dòng)遛戯困H宦容器定容下料玄阻塞卜料』打不夠』打不卜，下不準(zhǔn)。和扌丁料順暢瞞癥時(shí)定谷定童.準(zhǔn)確下料衛(wèi) ￡電解溫度遼曰910?舵5t>940?960t>-30V35^過熱度12?20t>. L10t>謂解度屮小而鳳大而快盧沉淀壓降"沉淀芬°壓降360ihVp:汎淀;込壓降320mVP+40IHV+1效應(yīng)系數(shù)存. 0.3< .0:03^0,05^+0.2^-^0.'27電流效率Q低J咼沖-0,3—C1.如平均電壓両LCJ”3. ；十①12^各種潘加劑總量Q16~1晡浪費(fèi)氟鹽^<12^^?鹽門+2?蛭心影響原鋁質(zhì)量口:雜■質(zhì)天衛(wèi)- 純度高心 ’噸鋁影響電耗存浪裁犬F浪費(fèi)小p+30k^h^議響環(huán)境和加劇污染宀利于犧氣凈化口戢響操作卩加劇操作困難屮便于操作戶L—「匸—■=_-————3某廠近3年使用氧化鋁比例及指標(biāo)分析表4某廠2013?2015年前8個(gè)月各廠使用氧化鋁比例結(jié)構(gòu)"電存解Q鋁廠Q類別Q省內(nèi)“省外Q進(jìn)口儀年份4用量（噸〉心百分比&用量（噸）“百分比空用量（噸〉羊百分比"2013^215331.2254.31%^O0-00%心181161.28^45.69%門201如247848.08359.05%"8023.73^1.91%^163844.84<p39.04畑2015^147777.15-P66.49転36441.51f16.4：0%p3804:3.30盧17.12%pa上.河南令表5某廠2012?2015年指標(biāo)情況a指標(biāo)名稱Q2012^2013心20132015^3進(jìn)口alq：比例卻未統(tǒng)計(jì)845.69P39.04亠17.12"LiF?kVZ*^Z*Z*^z3.9的3.8沖5.4力5.33^KF転1.91-1.5「1.89「1.86^CoF戲卩6.565.67^5.m4.73"AL：CW2.221.85^2?W2.3扣分子比&2.77“2.82Q2.96門2.96^槽溫0928.78^927.“926.胖923.9口效應(yīng)系數(shù)J0.14：5t'0.277^0.41P0.為平均電壓"3.99匕4.008^3.976^3.979Q電流敗率燈91.49^92.13^92.畑92.33心爐底壓降m3338.66屮331.95卩337.25^332.23P直流電耗kwh/t-Al*3132i6.垛1.3086門12925.0并12842"氧化鋁單耗血/t-A21924.93<1927^1927.21913氟化鋁里耗kg/t-Al^22.62P21.7"20.5如21.33亠碳?jí)K毛耗kg/t-Al^511.3507.9Q491.83心492.2?各年大修啟動(dòng)臺(tái)數(shù)門1曲334“；了-詡J甫有色金屬杲廠近四年運(yùn)行指標(biāo)曲線圖"杲廠近四年運(yùn)行指標(biāo)曲線圖"――進(jìn)口AL203比例％-LiF%-^CaF2%f-分子比——效應(yīng)系數(shù)——平均電壓Y3.1運(yùn)行分析隨進(jìn)口氧化鋁比例不斷減小，電解質(zhì)中鋰鹽含量進(jìn)一步加大，電解質(zhì)分子比不斷升高，槽溫進(jìn)一步下降，電解槽效應(yīng)越來越多。爐底壓降變化不大，甚至略有下降，這與電解槽大修啟動(dòng)有關(guān)，大修啟動(dòng)電解槽共124臺(tái)，占總數(shù)的48.4%。進(jìn)口氧化鋁比例雖然逐年下降，氧化鋁中鋰鹽、雜質(zhì)對(duì)電解生產(chǎn)也造成了一定影響。但電解溫度、電流效率、平均電壓、直流電耗、爐底壓降及各種能耗基本正常，總體指標(biāo)保持較好，生產(chǎn)穩(wěn)定。平均槽溫四年來降低5°C,鋰鹽含量5.33%，稍微超標(biāo)，綜合壓降、分子比、平均電壓、效率多種因素測(cè)算，氧化鋁進(jìn)口比例最低應(yīng)保持在30%。4穩(wěn)定生產(chǎn)使用合理氧化鋁比例按以上指標(biāo)計(jì)算，若進(jìn)口氧化鋁比例保持在30%,大約需要一年時(shí)間，能使Li、K、Ca含量基本降到或接近于行業(yè)統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，槽溫上升到930r左右，按比例混合后的氧化鋁流動(dòng)性和溶解性能基本滿足電解生產(chǎn)的正常要求。表620"年某廠進(jìn)口氧化鋁使用情況屮設(shè)計(jì)原鋁產(chǎn)能桿Z萬十丿年）4按設(shè)計(jì)需氧化屮鋁〔萬土■/年》Q2015年孔3.月逬口比例?U12015年刖氏月進(jìn)口量（萬20PSB.404^17.12^3.80433^4.1按30%或50%進(jìn)口比例配比進(jìn)口氧化鋁措施一：按30%或50%進(jìn)口比例配比進(jìn)口氧化鋁，具體使用氧化鋁量（見表7）。表7按30%或50%進(jìn)口比例核算需用進(jìn)口氧化鋁量每月需氧化鋁量（萬t）0.9621每年需氧化鋁量（萬t）11.54524.2進(jìn)口氧化鋁和山東或廣西氧化鋁搭配使用措施二：進(jìn)口氧化鋁和山東或廣西氧化鋁搭配使用，具體使用氧化鋁量（見表8）。表8進(jìn)口氧化鋁和山東或廣西氧化鋁搭配使用核算需屈氧化鋁量-」毎月需進(jìn)口氧化鋁量〈萬t）屮 ...毎月需山東或廣西氧化鋁「 S〈萬t八毎年需進(jìn)□氧化鋁量（萬t）戶每年需山東或廣西氧化鋁童（萬t〉卩—0.3207^0.E414Q8484^7.6966^可南有色金屬4.3公司高鋰鹽電解質(zhì)與國內(nèi)廠家低鋰鹽電解質(zhì)置換措施三：山東一廠、山東二廠與四川廠家三家鋁廠電解質(zhì)塊鋰鹽含量較低，建議和以上三家按1:1比例置換電解質(zhì)塊。表9山東一廠、二廠與四川廠家電解質(zhì)成分卍廠家W分子比廠CaF-r*-1山東一廠P2.29屮0.547^1-012^S.蠹總&63^&個(gè)劇毎山東二廠廠2.SS^1.493^-■2：.0込3.11^-1.撫裁1個(gè)祥